KR20170059006A - Use, stabilization and carbonization of polyacrylonitrile/carbon composite fibers - Google Patents
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Abstract
탄소 섬유의 제조 방법에서, 탄소 나노튜브(CNT)를, 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 용액에 혼합시켜 CNT/PAN 혼합물을 형성하였다. 이 혼합물로부터 하나 이상의 PAN/CNT 섬유를 형성하였다. PAN/CNT 섬유가 안정화된 PAN/CNT 섬유가 될 때까지 소정의 제1 전류를 PAN/CNT 섬유에 인가하였다. 각각 축을 갖는 복수의 섬유를 포함하는 발열가능한 직물. 복수의 섬유는 각각 폴리아크릴로니트릴 및 상기 폴리아크릴로니트릴 내에 소정의 중량%로 분산되고 복수의 섬유의 축을 따라 정렬되는 탄소 나노튜브를 포함한다. 복수의 섬유는 직물로 직조된다. 전류 공급원은 복수의 섬유를 통해 전류가 인가되록 구성되어 섬유에 열이 발생하도록 한다.In the method for producing carbon fibers, carbon nanotubes (CNTs) were mixed with a solution containing polyacrylonitrile (PAN) to form a CNT / PAN mixture. From this mixture one or more PAN / CNT fibers were formed. A predetermined first current was applied to the PAN / CNT fibers until the PAN / CNT fibers became stabilized PAN / CNT fibers. A heatable fabric comprising a plurality of fibers each having an axis. The plurality of fibers each comprise polyacrylonitrile and carbon nanotubes dispersed at predetermined weight percentages in the polyacrylonitrile and aligned along the axis of the plurality of fibers. The plurality of fibers are woven into the fabric. The current source is configured to be energized through a plurality of fibers to generate heat in the fibers.
Description
관련 출원(들)의 상호 참조Cross-reference of related application (s)
본 출원은 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/901,519호(2013년 11월 8일 출원)을 우선권으로 주장하며, 이의 전문은 그에 따라 본원에 참고 인용된다. 본 출원은 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/903,048호(2013년 11월 12일 출원)을 우선권으로 주장하며, 이의 전문은 그에 따라 본원에 참고 인용된다. 본 출원은 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/002,761호(2014년 5월 23일 출원)을 우선권으로 주장하며, 이의 전문은 그에 따라 본원에 참고 인용된다. 본 출원은 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/004,053호(2014년 5월 28일 출원)을 우선권으로 주장하며, 이의 전문은 그에 따라 본원에 참고 인용된다.The present application claims priority from U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 901,519, filed November 8, 2013, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The present application claims priority from U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 903,048, filed November 12, 2013, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The present application claims priority from U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62 / 002,761, filed May 23, 2014, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The present application claims priority from U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62 / 004,053, filed May 28, 2014, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
정부 권리의 진술STATEMENT OF GOVERNMENT RIGHTS
본 발명은 미 육군에 의해 서명된 협약 번호 W911NF-10-1-0098 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 미 정부는 본 발명에 일정 권리를 갖는다.The invention was made with Government support under convention number W911NF-10-1-0098 signed by the Army. The US government has certain rights in the invention.
본 발명의 분야Field of the Invention
본 발명은 탄소 및 중합체 섬유, 더욱 구체적으로는 탄소 나노튜브를 포함하는 방적 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to carbon and polymeric fibers, and more particularly to spinning fibers comprising carbon nanotubes.
탄소 섬유는, 경량 및 고강도가 요구되는 항공기 구조 부품부터 테니스 라켓에 이르기까지 많은 분야에서 사용되고 있다. 오늘날 생산되는 대부분의 탄소 섬유는 안정화된 후 탄화된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체 섬유로 제조된다.Carbon fibers have been used in many applications ranging from aircraft structural components requiring light weight and high strength to tennis racquets. Most of the carbon fibers produced today are stabilized and made from carbonized polyacrylonitrile (PAN) precursor fibers.
PAN은 선형 화학식 (C3H3N)n을 갖는 합성, 반결정질 유기 중합체 수지이다. 대부분의 폴리아크릴로니트릴 수지는 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 단량체를 포함하는 공중합체이다. PAN은 종종 용액 방사 공정을 통해 고품질의 탄소 섬유의 전구체로서 섬유로 방사된다. 사실상, PAN은 탄소 섬유 생산의 90%의 전구체로서 사용된다.PAN is a synthetic, semi-crystalline organic polymer resin with a linear formula (C 3 H 3 N) n . Most of the polyacrylonitrile resins are copolymers containing acrylonitrile-based monomers. PAN is often spun into fibers as precursors of high-quality carbon fibers through solution spinning processes. In fact, PAN is used as a precursor of 90% of carbon fiber production.
방사 공정의 일례에서, PAN 분말을 유기 용매에 용해시켜 용액을 형성한다. 이 용액을 방사구의 오리피스를 통해 방사하고 생성된 섬유를 섬유로서 고화시키는 환경으로 인발한다.In one example of a spinning process, the PAN powder is dissolved in an organic solvent to form a solution. The solution is spun through the orifice of the spinnerette and the resulting fibers are drawn into an environment that solidifies as fibers.
수많은 탄소 섬유 분야에 사용되기 위해서 섬유는 비탄소 원소를 섬유로부터 제거하는 공정에서 탄화되어야 한다. 통상, 탄화는 불활성 환경에서 고열로 실시된다. 하지만, PAN 섬유를 탄화시키는데 필요한 열은 일반적으로 섬유가 탄화되기 전에 섬유를 파괴한다. 따라서, PAN 섬유는 탄화 이전에 안정화될 필요가 있다. 안정화는 통상 공기 중에서 실시된다.To be used in numerous carbon fiber applications, the fibers must be carbonized in a process that removes non-carbon elements from the fibers. Typically, carbonization is carried out in a high temperature in an inert environment. However, the heat required to carbonize the PAN fibers generally destroys the fibers before they are carbonized. Therefore, PAN fibers need to be stabilized before carbonization. Stabilization is usually carried out in air.
PAN 섬유의 안정화는 사다리형 구조를 생성한다. 안정화 공정은 통상 산소 농후 환경의 퍼니스에서 섬유를 발열시키는 것을 수반한다. 일단 안정화되면, 섬유는 고온의 불활성 환경에서 처리되어 비탄소 원자를 제거함으로써, 탄소 섬유를 형성한다.Stabilization of the PAN fibers results in a ladder-like structure. The stabilization process usually entails heating the fibers in a furnace in an oxygen enriched environment. Once stabilized, the fibers are treated in an inert environment of high temperature to remove non-carbon atoms to form carbon fibers.
기존의 시스템은 통상 오븐의 열에 PAN 섬유를 노출시킨다. 안정화 공정은 상당한 양의 에너지를 소비하고 상당한 시간을 취하며, 둘다 탄소 섬유 비용을 부가시킨다. 일반적으로, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소 섬유의 제작은 전구체 PAN 섬유를 안정화시키고 탄화시키는데 대형 퍼니스를 필요로 한다. 이러한 섬유는 통상 180℃∼350℃의 온도 범위 내 공기 중에서 안정화를 거치고 350℃∼1700℃의 불활성 환경에서 탄화된다. 안정화 시간은 통상 1∼3시간으로 달라질 수 있다.Conventional systems typically expose PAN fibers to heat in the oven. The stabilization process consumes a considerable amount of energy and takes considerable time, both adding carbon fiber costs. Generally, fabrication of polyacrylonitrile (PAN) based carbon fibers requires large furnaces to stabilize and carbonize precursor PAN fibers. These fibers are usually stabilized in the air within the temperature range of 180 ° C to 350 ° C and carbonized in an inert environment of 350 ° C to 1700 ° C. The stabilization time may generally vary from 1 to 3 hours.
또한, 오븐 기반 안정화 방법을 사용하는 것은 섬유가 부적절하게 안정화될 수 있다. 오븐으로부터 나오는 모든 열이 섬유 외부로부터 섬유 내부로 방사되기 때문에, 섬유의 단면 전체에 걸쳐 상이한 수준의 안정화가 존재할 수 있고: 섬유의 외부 쉘은 과도하게 안정화될 수 있지만 섬유의 중심은 덜 안정화될 수 있다. 이는 품질이 나쁜 탄소 섬유를 초래할 수 있다.Also, using an oven-based stabilization method may result in improper stabilization of the fibers. Since all heat from the oven is radiated from the outside of the fiber into the interior of the fiber, there can be different levels of stabilization across the cross section of the fiber: the outer shell of the fiber can be overstabilized but the center of the fiber can be less stabilized have. This can lead to poor quality carbon fibers.
또한, 상업용 및 주거용 건물의 전기 사용량은 미국에서 사용되는 모든 전기의 상당량을 차지한다. 건물 거주자에게 안정감을 제공하면서 겨울철에 건물 설정 온도를 4℃까지 감소시키고 여름철에 또한 4℃까지 증가시킬 수 있다면, 건물 냉난방 에너지 소비를 10%까지 감소시킬 수 있다. 이러한 절약은 미국 내 소비되는 총 에너지의 1% 이상에 해당한다.In addition, electricity consumption in commercial and residential buildings accounts for a significant portion of all electricity used in the United States. Building occupants can reduce building heating and cooling energy consumption by 10% if they can provide a sense of stability and reduce the building set-up to 4 ° C in winter and up to 4 ° C in summer. These savings account for more than 1% of the total energy consumed in the United States.
따라서, 균일하게 안정화된 섬유를 생성하는 PAN 섬유를 안정화시키는 저 에너지 방법이 필요하다.Thus, there is a need for a low energy method of stabilizing PAN fibers to produce uniformly stabilized fibers.
또한, 전류의 인가를 통해 열을 발생시킬 수 있는 직물도 필요하다.In addition, a fabric capable of generating heat through application of current is also required.
일 측면에서, 탄소 나노튜브(CNT)를, CNT/PAN 혼합물을 형성하도록 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 용액에 혼합시키는, 탄소 섬유의 제조 방법인 본 발명에 의해 종래 기술 분야의 단점이 극복된다. 상기 혼합물로부터 하나 이상의 PAN/CNT 섬유를 형성한다. 소정의 제1 전류를, PAN/CNT 섬유가 안정화된 PAN/CNT 섬유가 될 때까지 PAN/CNT 섬유에 인가한다.In one aspect, the disadvantages of the prior art are that the present invention, which is a method of producing carbon fibers by mixing carbon nanotubes (CNTs) into a solution comprising polyacrylonitrile (PAN) to form a CNT / PAN mixture Is overcome. One or more PAN / CNT fibers are formed from the mixture. The predetermined first current is applied to the PAN / CNT fiber until the PAN / CNT fiber becomes the stabilized PAN / CNT fiber.
또 다른 측면에서, 본 발명은 각각 축을 갖는 복수의 섬유를 포함하는 발열가능한 직물이다. 복수의 섬유는 각각 폴리아크릴로니트릴 및 이 폴리아크릴로니트릴 중에 이의 소정의 중량%로 분산되고 복수의 섬유의 축을 따라 대부분 정렬되는 탄소 나노튜브를 포함한다. 복수의 섬유는 직물로 직조된다. 전류의 공급원은 복수의 섬유를 통해 전류를 인가하도록 구성됨으로써 섬유가 열을 발생시키도록 한다.In another aspect, the present invention is a heatable fabric comprising a plurality of fibers each having an axis. The plurality of fibers each comprise polyacrylonitrile and carbon nanotubes dispersed in a predetermined weight percent thereof in the polyacrylonitrile and aligned mostly along the axis of the plurality of fibers. The plurality of fibers are woven into the fabric. The source of current is configured to apply current through the plurality of fibers, thereby causing the fibers to generate heat.
본 발명의 상기 및 다른 관점은 하기 도면과 함께 취한 바람직한 구체예의 하기 설명으로부터 명백해질 것이다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 본 발명의 수많은 변화 및 변형은 개시내용의 신규 개념의 취지 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 실시될 수 있다.These and other aspects of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments taken in conjunction with the following drawings. As will be apparent to those skilled in the art, numerous changes and modifications of the present invention may be made without departing from the spirit and scope of the novel concept of the disclosure.
도 1은 탄화된 섬유를 제조하는 하나의 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 PAN/CNT 섬유에 인가되는 전류를 나타내는 개략도이다.
도 3은 PAN/CNT 섬유에서의 전기 전도도 대 섬유에 흐르는 전류에 관한 그래프이다.
도 4는 PAN/CNT 섬유를 포함하는 직물의 현미경사진이다.Figure 1 is a flow chart illustrating one method of making carbonized fibers.
2 is a schematic diagram showing the current applied to the PAN / CNT fiber.
Figure 3 is a graph of the electrical conductivity in PAN / CNT fibers vs. the current in the fibers.
Figure 4 is a photomicrograph of a fabric comprising PAN / CNT fibers.
본 발명의 바람직한 구체예는 이하 상세하게 설명된다. 도면에 따르면, 도면 전반에 걸쳐 동일 번호는 동일 부분을 가리킨다. 하기 개시 내용에 구체적으로 달리 제시되지 않는 한, 도면은 반드시 일정 비율로 제시되는 것은 아니다. 본원의 설명에서 그리고 청구범위 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 하기 용어는 달리 명확하게 문맥에 제시되지 않은 한 본원에 명시적으로 연관된 의미를 취하고: "a", "an" 및 "the"의 의미는 복수 형태를 포함하고, "in"의 의미는 "in" 및 "on"을 포함한다.Preferred embodiments of the present invention are described in detail below. According to the figures, like numbers refer to like parts throughout the drawings. Unless specifically stated otherwise in the following disclosure, the drawings are not necessarily drawn to scale. As used in the description of the present application and throughout the claims, the following terms take the express meaning associated herein unless the context clearly dictates otherwise: "a "," an & Includes plural forms, and the meaning of "in" includes "in" and "on ".
도 1에 도시된 바와 같이, 일 구체예는 탄소 섬유를 제조하는 방법(100)으로서, 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 제1 용매에 용해시켜 용액을 형성(110)하는 방법이다. 복수의 탄소 나노튜브(CNT)를 제2 용매 중에 현탁시켜 현탁액을 형성(112)한다. 제1 용매 및 제2 용매는 동일 물질을 포함할 수 있다. 현탁액을 용액에 첨가하고 생성된 배합물을 혼합하여 CNT를 PAN 용액에 분산(114)시킨다. 생성된 배합물로부터 섬유를 형성(116)한다(예를 들면, 용액 방사 또는 겔 방사와 같은 합성 섬유 방사 공정을 통해). 섬유를 원하는 직경으로 인발(118)하고 이 섬유에 제1 전류를 인가하여 섬유를 안정화(120)시킨다(즉, 섬유의 분자를 사다리형 구조로 구성하기 위해). 제2 전류를 섬유에 인가하여 섬유를 탄화(122)시킨다.As shown in FIG. 1, one embodiment is a
도 2에 안정화 개략도가 도시되고, 섬유(210)는 중합체 매트릭스(예, PAN 매트릭스)(212) 및 이를 통해 분산된 복수의, 대부분 정렬되는 CNT(214)를 포함한다. 전류 공급원으로부터의 전류(220)를 인가하여 섬유(210)를 안정화시킨다.A stabilization schematic is shown in FIG. 2, where the
실험적 일 구체예에서, 기격 습식 방사(dry-jet-wet spin) 기술을 사용하여, CNT 함량이 15 중량% 및 20 중량%인 폴리아크릴로니트릴(PAN)/CNT 복합 섬유를 제작하였다. 탄소 나노튜브(CNT)는 전기 전도도를 나타내고 전류를 중합체에 도입할 수 있다. PAN/CNT 섬유의 전기 전도도는 상이한 온도의 어닐링 공정에 의해 향상되고 시간의 경과에 따라 변화한다. 이러한 섬유는 또한 연신에 대해 반응할 수 있고, 신장률이 3%에 도달하였을 때 전기 전도도는 50%까지 감소된다. 또한, 전류는 주울(Joule) 발열 효과를 유도하고 PAN/CNT 복합 섬유를 열적으로 변형시킬 수 있다. 고정 길이에서 최대 7 mA의 다양한 전류를 인가함에 따라, 전도도는 대략 25 S/m 내지 800 S/m보다 높게 향상되었고, 복합 섬유는 대기 중에서 안정화되었다. 복합 섬유의 온도는 적외선(IR) 현미경으로 측정하였을 때 실온 내지 수백 ℃보다 높게 증가할 수 있다. 주울 발열 효과는 또한 일차원적 정상 상태의 열 전달 방정식에 따라 추정할 수 있고, 이 방정식은 온도가 섬유를 안정화 또는 탄화시키기에 충분히 높을 수 있다는 것을 나타내고 있다.In one experimental embodiment, polyacrylonitrile (PAN) / CNT conjugate fibers having a CNT content of 15 wt% and 20 wt% were prepared using a dry-jet-wet spin technique. Carbon nanotubes (CNTs) exhibit electrical conductivity and can introduce current into the polymer. The electrical conductivity of PAN / CNT fibers is improved by annealing processes at different temperatures and changes with the passage of time. These fibers can also react to stretching, and when the elongation reaches 3%, the electrical conductivity is reduced to 50%. In addition, the current can induce a Joule heating effect and thermally deform the PAN / CNT composite fiber. By applying various currents up to 7 mA at fixed lengths, the conductivity was improved from about 25 S / m to over 800 S / m, and the composite fibers stabilized in the atmosphere. The temperature of the composite fibers may increase from room temperature to several hundreds of degrees Celsius as measured by infrared (IR) microscopy. The joule heating effect can also be estimated according to a one-dimensional steady-state heat transfer equation, which indicates that the temperature can be high enough to stabilize or carbonize the fiber.
실험적 구체예에서, 공중합체로서 6.7% 메틸 아크릴레이트를 갖는 폴리아크릴로니트릴(PAN, 분자량: 105 g/mol)(Japan Exlan Co.로부터 수득함)을 사용하기 전에 80℃ 진공 하에 건조하였다. 탄소 나노튜브(다중벽 탄소 나노튜브)를 한국의 Iljin Nanotech Co.로부터 수득하였다. PAN 분말을, 디메틸포름아미드(DMF, Sigma-Aldrich Co.에서 수득함) 중에 임펠러를 사용하여 90℃에서 용해시키고, CNT 분말을, 초음파기 배쓰(Branson, 3510-MT)를 사용하여 DMF 중에 분산시켰다. 이어서, CNT/DMF 분산액을, 섬유 방사를 위해 PAN 용액과 혼합시키고, PAN/CNT 복합 섬유를, 직경이 250 μm인 방사구 및 2개의 응고(DMF/물) 배쓰를 갖는 기격 습식 방사 유닛(Bradford University Research(영국)로부터 수득함)을 사용하여 제작하였다. 이어서 섬유를 끓는물에서 인발하고 7일 동안 50℃ 오븐에서 건조하였다.In an experimental embodiment, polyacrylonitrile (PAN, molecular weight: 105 g / mol) with 6.7% methyl acrylate as the copolymer (obtained from Japan Exlan Co.) was dried at 80 캜 under vacuum before use. Carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes) were obtained from Iljin Nanotech Co. of Korea. The PAN powder was dissolved in dimethylformamide (DMF, obtained from Sigma-Aldrich Co.) using an impeller at 90 DEG C and the CNT powder was dispersed in DMF using an ultrasonic bath (Branson, 3510-MT) . The CNT / DMF dispersion was then mixed with the PAN solution for fiber spinning and the PAN / CNT composite fibers were applied to a wet wet spinning unit (Bradford) with a spinneret diameter of 250 mu m and two coagulation (DMF / water) Obtained from University Research (England)). The fibers were then drawn from boiling water and dried in an oven at 50 < 0 > C for 7 days.
주울 발열 효과는 소스 계측 유닛(Keithley 2400 Sourcemeter)을 사용하여 전류를 인가함으로써 유도되었다. 섬유 구조가 주울 발열 공정 동안 실시간 광각 x선 장치에 의해 측정되었다. CuKα(λ = 0.1542 nm)를 사용한 광각 x선 회절(WAXD)은 45 KV 작동 전압 및 0.65 mA 전류를 갖는 x선 발생기(Rigaku Micromax-002)로 수행되었다. 회절 패턴은 검출 시스템(Rigaku R-axis IV++)에 의해 기록되고 AreaMax(버전 1.00), 및 MDI Jade(버전 9.0)에 의해 분석되었다. WAXD 데이타로부터, 중합체 및 탄소 나노튜브의 PAN 결정성, PAN 결정 크기, 및 허먼 방위 인자를 계산하였다.Joule heating effects were induced by applying current using a source measurement unit (Keithley 2400 Sourcemeter). The fiber structure was measured by a real time wide angle x-ray apparatus during the joule heating process. Wide angle x-ray diffraction (WAXD) using CuK ? (? = 0.1542 nm) was performed with an x-ray generator (Rigaku Micromax-002) with a 45 KV operating voltage and 0.65 mA current. The diffraction pattern was recorded by a detection system (Rigaku R-axis IV ++) and analyzed by AreaMax (version 1.00), and MDI Jade (version 9.0). From the WAXD data, PAN crystallinity, PAN crystal size, and Herman bearing parameters of polymers and carbon nanotubes were calculated.
15 및 20 중량% CNT 함량을 갖는 PAN/CNT 복합 섬유의 전도도는 4탐침법에 의해 측정되었다. 어닐링 공정 전 복합 섬유의 경우, 전도도는 대략 10-5 S/m였다. CNT 전기 전도도는 105∼106 S/m의 범위 내에 있고 CNT 함량은 이 섬유에서 최대 20 중량%지만, 인접 튜브들 사이에 상당한 쇼트키 장벽이 전도도를 심각하게 감소시킬 수 있으며, 효과적인 CNT 망상체를 위해 적절한 CNT 배향이 필요하였다. 전기 전도도는 어닐링 공정을 이용하여 유의적으로 향상되었고, 2시간 동안 180℃에서 어닐링한 후, 전도도는 15 및 20 중량% CNT 함량을 갖는 섬유에 대해 각각 4.83 S/m 및 27.63 S/m로 높았다. 전기 전도도는 어닐링 온도의 증가에 따라 증가하였다.Conductivities of PAN / CNT conjugated fibers having a 15 and 20 wt% CNT content were measured by 4-probe method. Conductivity of the composite fiber before the annealing process was approximately 10 -5 S / m. The CNT electrical conductivity is in the range of 10 5 to 10 6 S / m and the CNT content is up to 20 wt.% In this fiber, but a significant Schottky barrier between adjacent tubes can seriously reduce the conductivity and the effective CNT network CNT alignment was necessary for The electrical conductivity was significantly improved using an annealing process and the conductivity was 4.83 S / m and 27.63 S / m, respectively, for fibers with 15 and 20 wt% CNT content, after annealing at 180 ° C for 2 hours . Electrical conductivity increased with increasing annealing temperature.
어닐링 공정에 대한 전도도의 반응은 전원 계량기 및 온도 조절 오븐을 사용하여 관찰하였다. 20 중량% CNT 함량을 갖는 복합 섬유는 180℃에서 조절되었고 10 μA 전류가 인가되었다. 시작시 전압의 반응은 신속하였다. 단 1분 후, 인가된 전압은 40%로 감소하였고 전기 전도도는 대략 2 S/m로 증가하였다. 어닐링 시간 2시간 후, 전압은 95%까지 감소하였고 전도도는 25 S/m에 이르렀다.The response of the conductivity to the annealing process was observed using a power meter and a temperature controlled oven. The composite fiber having a 20 wt% CNT content was adjusted at 180 ° C and a 10 μA current was applied. The voltage response at the start was rapid. After only one minute, the applied voltage was reduced to 40% and the electrical conductivity increased to approximately 2 S / m. After 2 hours of annealing, the voltage decreased to 95% and the conductivity reached 25 S / m.
어닐링으로 인한 구조 변화를 조사하기 위해, 180℃에서 2시간 동안 어닐링되기 전후의 복합 섬유를, x선 회절을 사용하여 또한 관찰하였다. PAN의 구조는 어닐링 공정 후 변화하였고, PAN 중합체의 결정성 및 결정 크기는 각각 50∼60% 및 5.8∼11.8 nm로 증가하였다. 어닐링 공정은 중합체 쇄의 재결정화 공정을 유도하여, 더 높은 결정성 그리고 더 거대한 결정 크기를 이루도록 하였다. 이는 CNT 망상체의 재배열을 유도하고 이의 배향을 낮추었다. 재배열은 CNT 튜브간(inter-tube) 연결의 수를 증가시키고, 이에 따라 유의적으로 전기 전도도를 향상시켰다.To investigate the structural changes due to annealing, the composite fibers before and after annealing at 180 DEG C for 2 hours were also observed using x-ray diffraction. The structure of PAN changed after the annealing process, and the crystallinity and crystal size of the PAN polymer increased to 50-60% and 5.8-11.8 nm, respectively. The annealing process induced a recrystallization process of the polymer chains, resulting in higher crystallinity and larger crystal size. This induces rearrangement of the CNT network and lowers its orientation. The rearrangement increased the number of CNT inter-tube connections, thereby significantly improving the electrical conductivity.
어닐링 공정 후, 인장 변형률에 대한 전도도의 반응을 신장 테스트에 의해 측정하였다. 파단 신장률은 15 및 20 중량% CNT를 갖는 복합 섬유에 대해 각각 약 6% 및 약 3%였다. 두 섬유들은 130 MPa보다 높은 인장 강도 및 대략 9 GPa의 유사한 인장 탄성률을 나타냈다. 신장 테스트 동안, 전기 전도도는 신장률이 증가하였을 때 감소하였다. 전도도는 3% 신장률에서 20 중량% CNT를 갖는 섬유에 대해 27∼15 S/m 변화하고, 6% 신장률에서 15 중량% CNT를 갖는 섬유에 대해 4.5∼0.4 S/m 변화하였다. 이는 복합 섬유가 신장되었을 때 단 3%의 신장률이 전기 전도도를 50%까지 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 중합체/CNT 복합체에 대한 기대감을 주고, CNT 망상체에서의 파손의 결과를 감소시킨다. 신장 공정 동안, 중합체 매트릭스 내부의 CNT가 배향되었고, CNT의 더 높은 정렬이 튜브간 연결의 가능성을 낮추었다. 더 낮은 CNT 연결은 전자 전달력을 저하시키고 더 낮은 전도도를 초래하였다. 변형률에 대한 전기 전도도의 반응은 또한 PAN/CNT 복합 섬유를 센서로서 이용하여 외력을 섬유에 가하였을 때 주변과 상호작용하도록 할 수 있다는 것을 암시한다.After the annealing process, the response of the conductivity to the tensile strain was measured by an elongation test. The elongation at break was about 6% and about 3%, respectively, for composite fibers having 15 and 20 wt% CNTs. Both fibers exhibited a tensile strength higher than 130 MPa and a similar tensile modulus of about 9 GPa. During the elongation test, the electrical conductivity decreased with increasing elongation. Conductivity varied from 27 to 15 S / m for fibers with 20 wt% CNT at 3% elongation and 4.5 to 0.4 S / m for fibers with 15 wt% CNT at 6% elongation. This means that when the conjugate fiber is elongated, an elongation of only 3% can reduce the electrical conductivity by 50%. This phenomenon gives the expectation for polymer / CNT complexes and reduces the consequences of breakage in CNTs. During the stretching process, CNTs within the polymer matrix were oriented and higher alignment of CNTs lowered the possibility of tube-to-tube connections. Lower CNT connections lowered the electron transfer and resulted in lower conductivity. The response of electrical conductivity to strain also suggests that PAN / CNT composite fibers can be used as sensors to interact with the environment when external forces are applied to the fibers.
인가된 전류가 고정된 길이에서 필라멘트 당 0.1 mA 미만(약 6 x 104 A/m2)인 경우에 전기적 특성을 측정하였다. 인가된 전류가 필라멘트 당 1 mA보다 높을 경우(약 6 x 105 A/m2), 전도도는 전류를 증가시킴으로써 유의적으로 향상되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 20 중량% CNT 함량을 갖는 어닐링된 복합 섬유의 전도도는 1 mA 미만의 전류에서 본래 약 25 S/m였다. 섬유의 전기 전도도는 인가된 전류를 증가시킴에 따라 증가하고 7 mA의 인가된 전류에서 800 S/m에 도달하였다.The electrical properties were measured when the applied current was less than 0.1 mA per filament (about 6 x 10 4 A / m 2 ) at a fixed length. When the applied current is higher than 1 mA per filament (about 6 x 10 5 A / m 2 ), the conductivity is significantly improved by increasing the current. As shown in FIG. 3, the conductivity of the annealed composite fibers with a 20 wt.% CNT content was originally about 25 S / m at a current of less than 1 mA. The electrical conductivity of the fibers increased with increasing applied current and reached 800 S / m at an applied current of 7 mA.
복합 섬유에 대한 전력의 영향은 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR)을 사용하여 추가 조사하였다. 3000∼2850 cm-1(C-H, 신장), 2240 cm-1(C-N, 신장), 및 1452 cm-1(CH2, 구부림)에서의 스펙트럼 피크는 전류를 인가한 후 복합 섬유에서 감소하거나 사라졌다. 하지만, 1600 cm-1(C=C 또는 C=N, 공액)에서 광범위한 피크가 나타났는데, 1600∼500 cm-1 사이의 핑거프린트 영역에서의 다른 피크들이 헤테로방향족 고리에 대해 C=C, C=N, C-O, -OH, 및 N-H 기와 관련되었다. 안정화 및 탄화 섬유에 의한 주울 발열 처리 후 복합 섬유를 비교하였을 때, 복합 섬유는 고정된 길이에서 전기 처리 후 안정화되었음을 가리킨다. 전류가 섬유를 통과하였을 때, 복합 섬유의 온도는 주울 발열 효과에 의해 증가되었다. 전력에 의해 증가된 온도는 복합 섬유를 안정화하기에 충분히 높았으며, 이에 따라 복합 섬유는 전류에 의해 열적으로 변형되었다.The effect of power on the composite fiber was further investigated using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The spectral peaks at 3000-2850 cm -1 (CH, elongation), 2240 cm -1 (CN, elongation), and 1452 cm -1 (CH 2 , bending) . However, a broad peak appeared at 1600 cm -1 (C = C or C = N, conjugate) where other peaks in the fingerprint region between 1600 and 500 cm -1 were C = C, C for a heteroaromatic ring = N, CO, -OH, and NH groups. Stabilization and comparison of composite fibers after joule heat treatment with carbonized fibers indicates that the composite fibers stabilized after the electric treatment at a fixed length. When the current passed through the fiber, the temperature of the composite fiber was increased by the joule heating effect. The temperature increased by the electric power was high enough to stabilize the composite fiber, so that the composite fiber was thermally deformed by the electric current.
복합 섬유에 대한 주울 발열 효과를 관찰하는 데 광각 x선 회절(WAXD)을 또한 사용하였다. 상이한 전류가 20 중량% CNT 함량을 갖는 복합 섬유를 통과하였을 때, 2차원 WAXD 패턴은 실시간으로 기록되었다. 이러한 회절 패턴은 인가된 전류가 1 mA보다 높을 경우 약 17° 및 약 30°에서 회절 피크의 가시적 변화를 나타낸다. 이러한 2개의 피크는 PAN (200, 110) 및 (310, 020) 결정면을 나타낸다. 전류가 1.6 mA보다 높을 경우, 약 17° 및 약 30°에서 회절 피크는 사라지고 회절 패턴은 원래 섬유의 패턴과 완전히 달라진다. 이러한 WAXD 패턴은 PAN 중합체 구조가 전류를 증가시킴에 따라 점차적으로 변화한다는 FT-IR 관찰로부터의 제안을 입증한다. 전력은 주울 발열 효과를 유도하였고, 이 발열 효과는 전기에 의한 섬유 온도 증가가 PAN 결정 구조를 파괴하기에 충분히 높은 경우 PAN 결정 구조를 열적으로 변형시키고 복합 섬유를 안정화시켰다.Wide angle x-ray diffraction (WAXD) was also used to observe the joule heating effect on the composite fibers. When the different currents passed through the composite fibers having a 20 wt% CNT content, the two-dimensional WAXD pattern was recorded in real time. This diffraction pattern represents a visible change in the diffraction peak at about 17 ° and about 30 ° when the applied current is higher than 1 mA. These two peaks represent the PAN (200, 110) and (310, 020) crystal planes. If the current is higher than 1.6 mA, the diffraction peak disappears at about 17 ° and about 30 ° and the diffraction pattern is completely different from the original fiber pattern. This WAXD pattern demonstrates the proposal from FT-IR observation that the PAN polymer structure gradually changes with increasing current. The power induced the Joule heating effect, which thermally deforms the PAN crystal structure and stabilizes the composite fiber when the increase in the fiber temperature by electricity is sufficiently high to destroy the PAN crystal structure.
이 구조는 낮은 인가된 전류에서 안정되었고, 단지 PAN 중합체의 결정성 및 배향을 약간 증가시켰다. 하지만, 전류가 1 mA보다 높을 경우, PAN 결정성 및 배향은 감소하였다. 전류를 1.6 mA로 증가시킨 후, 결정성은 60%에서 18%로 변화하였고 배향 인자는 0.56에서 0.37로 감소하였다. 2θ 약 17° 면의 d-간격은 또한 0.525에서 0.539로 변화하였고 결정 크기는 11.8 nm에서 16.6로 증가하였다. 상기 현상도 또한 안정화된 PAN 섬유를 유도하였지만, PAN 결정 구조는 안정화 및 탄화 공정 동안 파괴되고 사다리 또는 흑연 구조로 변형되었다.This structure was stable at low applied currents, only slightly increasing the crystallinity and orientation of the PAN polymer. However, when the current was higher than 1 mA, the PAN crystallinity and orientation decreased. After increasing the current to 1.6 mA, the crystallinity changed from 60% to 18% and the orientation factor decreased from 0.56 to 0.37. The d-spacing at 2θ of about 17 ° also changed from 0.525 to 0.539 and the crystal size increased from 11.8 nm to 16.6. This phenomenon also induced stabilized PAN fibers, but the PAN crystal structure was destroyed during the stabilization and carbonization process and transformed into a ladder or graphite structure.
PAN 결정 구조에는 열-변형 공정을 진행하였으며 전류는 1.6 mA이고, 2θ 약 15°에서 하나의 추가 피크가 발견된다. WAXD 패턴의 변화는 주울 발열 공정 동안 PAN 결정의 변형을 나타낸다. 이러한 추가 피크는 또한 구조 변화가 PAN 중합체 영역의 일부로부터 시작할 수 있음을 시사한다. 전자는 주로 중합체 매트릭스 내부의 CNT를 통과하기 때문에, 주울 발열 공정이 초기에 CNT 주변에 일어나서, CNT 주변에 더 높은 온도 영역을 유도하였다. 따라서, PAN의 열 변형은 CNT 다음의 고온 구역에서 시작할 수 있고 점차적으로 완전한 복합체에서 일어난다. 다른 이유는 비정질 PAN 및 더 작은 결정 크기의 PAN 결정이 더 낮은 열적 안정성을 가질 수 있고 먼저 변형될 수 있는 반면, 더 큰 결정 크기의 PAN 결정은 주울 발열 동안 더 긴 시간 동안 유지할 수 있다는 것이다. 전류가 3 mA보다 높을 경우, 모든 PAN 결정이 전환되고, 2θ 약 15° 및 약 17°에서의 두 피크는 사라진다.The PAN crystal structure underwent a heat-strain process and the current was 1.6 mA, and one additional peak was found at 2θ of about 15 °. The variation of the WAXD pattern represents the deformation of the PAN crystal during the Joule heating process. This additional peak also suggests that the structural change can start from a portion of the PAN polymer region. Since the electrons pass mainly through the CNTs inside the polymer matrix, the joule heating process initially occurred around the CNTs, leading to a higher temperature region around the CNTs. Thus, thermal deformation of the PAN can start in the hot zone following the CNT and gradually occurs in the complete complex. Another reason is that PAN crystals of amorphous PAN and smaller crystals can have lower thermal stability and can be modified first, whereas PAN crystals of larger crystal size can be held for a longer time during joule heating. When the current is higher than 3 mA, all the PAN crystals are switched, and two peaks at 2? About 15 and about 17 disappear.
PAN 구조가 3 mA보다 높은 전류에서 사라진 후, 26° 주변 피크는 더욱 우세하게 되었다. 이는 복합 섬유의 안정화가 전류에 의해 유도되었고 PAN 중합체가 사다리 구조로 전환되었음을 나타낸다. 주울 발열 공정 동안, PAN 구조는 증가된 전류에 따라 점차적으로 전환되었고, 안정화된 사다리 구조의 배향 인자는 0.44∼0.51 변화한 반면, d-간격 및 결정 크기는 상이한 인가된 전류에서 거의 동일하였다. 전기 유도된 안정화 공정은 탄소 섬유를 제조하는 새로운 에너지 절약 공정을 시사한다.After the PAN structure disappeared at a current higher than 3 mA, the 26 ° peripheral peak became more dominant. This indicates that the stabilization of the composite fiber was induced by current and the PAN polymer was converted to a ladder structure. During the Joule heating process, the PAN structure was gradually converted with increasing current and the alignment factor of the stabilized ladder structure varied from 0.44 to 0.51, while the d-spacing and crystal size were almost the same at different applied currents. The electro-induced stabilization process suggests a new energy saving process for making carbon fibers.
20 중량% CNT를 갖는 PAN/CNT 복합 섬유의 전기적 특성을 또한 관찰하여 주울 발열 양상에 대한 섬유 길이의 효과를 조사하였다. 더 긴 섬유는 더 높은 전기적 저항을 극복하기 위해 더 높은 전압을 필요로 한다. 예를 들어, 4 mm보다 짧은 섬유는 1 mA의 전류에 도달하기 위해 단지 50 V 미만의 전압을 필요로 하지만, 76 mm 길이의 섬유는 1 mA의 전류에 도달하기 위해 500 V를 필요로 한다. 고 전력과 마찬가지로 고 전압은 섬유를 손상시킬 수 있기 때문에, 76 mm 길이의 섬유는 오직 4 mA만큼 높이 인가된 전류를 갖는 결과를 나타내고, 섬유는 4 mA에서 파손되었다. 필요한 전압 및 생성되는 전력이 다양한 길이를 갖는 섬유에 대해 상이하기 때문에, 이들 섬유가 발열 섬유로 적용되는 경우, 섬유 연결 및 직조 방법을 최적화하는 것은 제어가능하고 균일한 온도 프로파일을 얻는 데 중요하다.The electrical properties of PAN / CNT composite fibers with 20 wt% CNT were also observed to investigate the effects of fiber length on the Joule heating pattern. Longer fibers require higher voltage to overcome higher electrical resistance. For example, fibers shorter than 4 mm require a voltage of less than 50 V only to reach a current of 1 mA, whereas fibers of length 76 mm require 500 V to reach a current of 1 mA. Since high voltage, as well as high power, could damage the fiber, the 76 mm length of the fiber resulted in only an applied current as high as 4 mA, and the fiber was broken at 4 mA. Since the required voltage and generated power are different for fibers of various lengths, when these fibers are applied as exothermic fibers, optimizing the fiber connection and weaving method is important to obtain a controllable and uniform temperature profile.
실험적 구체예에서, PAN/CNT 복합 섬유의 전기 전도도가 조사되었고, 20 중량% CNT 함량을 갖는 섬유는 대략 25 S/m에서 최대 800 S/m보다 높은 전도도를 나타내었다. 복합 섬유를 어닐링하는 것은 CNT 망상체와 마찬가지로 섬유 구조를 재배열하고 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 복합 섬유가 신장되었을 경우, 섬유의 전기 전도도는 신장률의 함수일 수 있고, 단지 3% 신장률에 의해 50% 감소될 수 있다. 더하여, 전류는 주울 발열을 유도하고, 1∼7 mA의 전류가 인가된 CNT/PAN 복합 섬유를 열적으로 전환시킨다. 섬유 온도는 1000℃로 점차 증가할 수 있다. 결과적으로, 전류는 공기 중 복합 섬유의 안정화를 유도할 수 있다.In an experimental embodiment, the electrical conductivity of the PAN / CNT composite fibers was investigated and the fibers with a 20 wt% CNT content exhibited a conductivity greater than about 800 S / m at about 25 S / m. Annealing the composite fibers can rearrange the fiber structure and improve the electrical conductivity as well as the CNT network. When the conjugate fiber is elongated, the electrical conductivity of the fiber can be a function of the elongation and can be reduced by only 50% by 3% elongation. In addition, the current induces a joule heating and thermally converts the CNT / PAN composite fiber applied with a current of 1 to 7 mA. The fiber temperature may gradually increase to 1000 ° C. As a result, the current can induce stabilization of the composite fibers in air.
일 구체예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, PAN/CNT 섬유는 전류 공급원(410)으로부터 전류의 인가에 의해 발열될 수 있는 직물(400)에 직조될 수 있다. 이 구체예는 섬유, 텍스타일, 직물, 의복, 및 극소량의 전기의 인가에 의해 발열될 수 있는 담요를 제공할 수 있는 중합체/탄소 나노튜브(CNT) 섬유에 관한 것이다. 이러한 섬유는 내구성이 있고 텍스타일 품질을 제공한다(미학, 촉감 등…). 이러한 섬유의 사용은 거주자에게 안정감을 제공하면서 겨울철 건물 온도를 현재의 설정값 온도보다 5℃ 이상 더 낮게 설정할 수 있는 것으로 예상된다. 이는 오늘날 미국에서 소비되는 총 에너지의 약 0.4%를 절약하게 되어, 연간 십억 달러 이상 절약할 것으로 추가로 예상된다.In one embodiment, as shown in FIG. 4, the PAN / CNT fibers can be woven into a
겔 방사를 사용하는 실험적 일 구체예에서, 폴리아크릴로니트릴/탄소 나노튜브(PAN/CNT) 복합 섬유는 섬유 축을 따라 잘 분산되고 대부분 정렬되는 CNT로 제작된다. CNT는 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 또한 복합 섬유에 전기 전도도를 도입할 수 있다. 20 중량% 만큼 높은 CNT 농도에 따라, PAN/CNT 섬유는 대략 25 S/m의 전도도를 나타내고 전도도는 온도, 인장 변형률, 및 전기 전압에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 활성 난방능을 구현하기 위해 중합체/CNT 섬유에 주울 발열을 도입할 수 있다.In one experimental embodiment using gel spinning, polyacrylonitrile / carbon nanotube (PAN / CNT) conjugated fibers are made of CNTs that are well dispersed and mostly aligned along the fiber axis. CNT not only improves the mechanical properties but also can introduce electrical conductivity into the composite fibers. Depending on the CNT concentration as high as 20 wt.%, The PAN / CNT fibers exhibit a conductivity of approximately 25 S / m and the conductivity can be influenced by temperature, tensile strain, and electrical voltage. Therefore, the present inventors can introduce joule heat into the polymer / CNT fiber to realize active heating capability.
복합 섬유에 전류를 통과시켰을 때 주울 발열 효과는 PAN/CNT 복합 섬유에 유의적이었다. 주울의 법칙 및 일차원적 정상 상태의 푸아송 방정식에 의한 추정에 따르면, 20 중량% CNT를 함유하는 PAN 섬유의 온도는 1∼7 mA 범위의 전류가 인가되었을 때 200℃보다 높게 증가하고 800℃에 근접할 수 있다. 섬유의 전기 전도도는 섬유를 통과한 전류가 1 mA에서 7 mA로 증가하였을 때 거의 800 S/m로 상당히 증가하였다. 섬유 및 직물의 적당한 온도 증가는 훨씬 낮은 CNT 농도 및 낮은 전류 수준에서 달성될 수 있다.When the current was passed through the composite fiber, the Joule heating effect was significant for the PAN / CNT composite fiber. According to Joule's law and the one-dimensional steady-state estimated by the Poisson equation, the temperature of the PAN fiber containing 20 wt% CNT increases above 200 ° C when a current in the range of 1 to 7 mA is applied, It can be close. The electrical conductivity of the fiber increased considerably to almost 800 S / m when the current through the fiber increased from 1 mA to 7 mA. Appropriate temperature increases of fibers and fabrics can be achieved at much lower CNT concentrations and lower current levels.
이러한 접근은 PAN 및, 폴리(프로필렌)(PP), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌)(PE), 각종 나일론, 폴리(비닐 알콜)(PVA), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(에틸렌 옥시드)(PEO), 폴리(에테르 케톤)(PEK), 폴리카르보네이트(PC), 및 고무를 포함한 다른 중합체를 사용할 수 있다. 적절한 공정 디자인 및 전력에 따라, 복합 섬유 재료는 제어 하에 발열될 수 있고, 이는 고품질의 내구성 있는 섬유, 직물, 텍스타일, 의복 및 난방능이 제어되는 담요를 생성함으로써 유의적인 에너지 절약을 유도할 수 있다.This approach can be applied to a wide variety of substrates such as PAN and polypropylene (PP), poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene) (PE), various nylons, poly (vinyl alcohol) (PMMA), poly (ethylene oxide) (PEO), poly (ether ketone) (PEK), polycarbonate (PC), and rubber. Depending on the proper process design and power, the composite fiber material can generate heat under control, which can lead to significant energy savings by creating high quality durable fibers, fabrics, textiles, garments and blankets with controlled heating capacity.
상기 기술된 구체예는, 출원 시점에 발명자에게 공지된 본 발명의 바람직한 구체예 및 최선의 방식을 포함하면서, 단지 예시적 실시예로서 제공된다. 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 본 명세서에 개시되는 특정 구체예로부터 수많은 편차가 있을 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 특정하게 기술된 구체예에 한정되기 보다는 하기 청구범위에 의해 결정된다.The above-described embodiments are provided as merely exemplary embodiments, including preferred embodiments and best mode of the present invention known to the inventors at the time of filing. It will be readily appreciated that there can be many variations from the specific embodiments disclosed herein without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims rather than being limited to the specifically described embodiments.
Claims (14)
(b) 상기 혼합물로부터 하나 이상의 PAN/CNT 섬유를 형성하는 단계;
(c) PAN/CNT 섬유가 안정화된 PAN/CNT 섬유가 될 때까지 소정의 제1 전류를 PAN/CNT 섬유에 인가하는 단계; 및
(d) 안정화된 PAN/CNT 섬유가 탄화될 때까지 소정의 제2 전류를 안정화된 PAN/CNT 섬유에 인가하여 탄소 섬유를 형성하는 단계
를 포함하는, 탄소 섬유의 제조 방법.(a) mixing a carbon nanotube (CNT) with a solution comprising polyacrylonitrile (PAN) to form a CNT / PAN mixture;
(b) forming at least one PAN / CNT fiber from the mixture;
(c) applying a predetermined first current to the PAN / CNT fibers until the PAN / CNT fibers become stabilized PAN / CNT fibers; And
(d) applying a predetermined second current to the stabilized PAN / CNT fibers until the stabilized PAN / CNT fibers are carbonized to form carbon fibers
≪ / RTI >
(a) 제1 용매 중에 PAN을 용해시켜 용액을 형성하는 단계;
(b) 제2 용매 중에 CNT를 분산시켜 현탁액을 형성하는 단계; 및
(c) 현탁액을 용액에 첨가하는 단계
를 포함하는 것인 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the mixing step comprises
(a) dissolving PAN in a first solvent to form a solution;
(b) dispersing CNT in a second solvent to form a suspension; And
(c) adding the suspension to the solution
≪ / RTI >
(b) 상기 복수의 섬유를 통해 전류를 인가하도록 구성되어 섬유에서 열이 발생되도록 하는 전류 공급원
을 포함하는 발열가능한 직물.(a) a plurality of fibers each having an axis, wherein the plurality of fibers comprises a polymer matrix and carbon nanotubes dispersed in a predetermined weight percent in the polymer matrix and aligned substantially along the axis of the plurality of fibers, ; And
(b) a current source configured to apply current through the plurality of fibers to generate heat in the fibers;
≪ / RTI >
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